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Magnetisch sensitive Elastomere

Magnetisch sensitive Elastomere Magnetisch sensitive Elastomere (kurz MSE) sind Komposite aus magnetisierbaren Mikropartikel, die in ein Polymernetzwerk eingebettet sind. Somit koppeln die elastischen Eigenschaften der weichen, gummiartigen Polymermatrix an die magnetischen Eigenschaften der Mikropartikel. Durch Anlegen eines äußeren magnetischen Feldes ändern sich die magnetischen Wechselwirkungen zwischen den Partikeln und das Material ändert seine mechanischen Eigenschaften. Diese Änderungen können sehr vielfältig sein und zeigen sich am eindrucksvollsten in einer sichtbaren Verformung der Komposite. Dieses faszinierende Merkmal, dass sich Materialeigenschaften durch ein äußeres Feld grundlegend verändern und kontrollieren lassen, macht die MSE als intelligenten Werkstoff für technische Anwendungen, z. B. in Sensoren, künstlichen Muskeln oder Mikroventilen, besonders interessant. Die Aufgabe theoretischer Modellierungen solcher Systeme ist es deshalb zu verstehen unter welchen Bedingungen die mechanischen Eigenschaften am stärksten geändert werden. Basierend auf einem vereinfachten Modell, in welchem die magnetische Kopplung durch Dipolwechselwirkungen und die elastische Kopplung durch affine Verformungen beschrieben wird, konnte ein erstes grundlegendes Verständnis für das Verhalten von MSE erreicht werden [1,2]. Es zeigt sich, dass sich die Wirkung auf zwei unabhängige Beiträge reduzieren lässt. Zum einen auf die Form der Probe als Ganzes (makroskopischer Formeffekt) und zum anderen auf die lokale Anordnung der Partikel innerhalb der Matrix (mikroskopischer Struktureffekt). Die Ergebnisse dieses vereinfachten Modells [2] scheinen die Resultate aus Experimenten und aufwändigeren theoretischen Rechnungen zu bestätigen.

Ziel der studentischen Arbeit soll es sein, zusammen mit dem Betreuer ein Simulationsmodell zu entwickeln, welches die bisherigen Näherungen durch realitätsgetreuere Annahmen ersetzt. Damit ließe sich dann der Gültigkeitsbereich des vereinfachten Modells [2] besser beurteilen und eventuell auch herausgefunden werden weshalb dieses Modell eine so gute Übereinstimmung mit anderen Beschreibungen liefert. Wenn es gelingt damit das grundlegende Verständnis über MSE zu verbessern, kann auch die technische Entwicklung expliziter Anwendungen beschleunigt werden.

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Prof. Dr. Jens-Uwe Sommer
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